우주의 세 가지 멸망 가설 (KISTI)

모든 것의 시작!  빅뱅!
우주가 갑자기 탄생했고 무한하지 않다는 아이디어죠. 20세기 중반까지 대부분의 과학자는 우주가 무한하고 영원하다 생각했습니다.

아인슈타인이 일반상대론이 중력에 대해 더 나은 이해를 가져다주고 에드워드 허블이 은하들이 서로 점점 멀어진다는 기존 예측에 맞는 발견을 하기 전까지 말입니다. 1964년 우연히 우주 배경 복사가 발견되었습니다. 우주 배경 복사는 초기 우주의 자취인데 다른 관측 증거와 함께 빅뱅을 과학적으로 인정받는 이론으로 만들었습니다. 그 이후로 허블 망원경 같은 진보된 기술을 통해 빅뱅과 우주의 구조에 대해 많이 알게 되었습니다.

최근의 발견은 심지어 우주 팽창이 가속하고 있는 것을 시사합니다. 하지만 빅뱅은 어떻게 일어난 것일까요? 어떻게 무에서 유가 나올수 있을까요? 우리가 알고 있는 것을 살펴봅시다!

Kurzgesagt!
우주의 시작은 일단 무시하도록 합시다 일단, 빅뱅은 폭발이 아니였습니다! 빅뱅은 우주 공간 전체가 동시에 팽창하는 것이죠. 우주는 아주 아주 아주 작게 시작했고 빠르게 축구공만 하게 커졌습니다. 우주가 어디론가 팽창해 나간 것이 아니라 공간 자체가 커진 것 입니다. 우주는 경계가 없으므로 밖으로 확장해 나갈 수 없습니다. 따라서 정의에 따라 우주 밖이라는 것은 존재하지 않습니다.

우주가 전부입니다. 이 고온 고밀도의 환경에서 에너지는 아주 짧은 순간 동안 존재하는 입자로 나타납니다. 글루온에서 쿼크 쌍이 생성되었다 소멸하며 글루온 더 내놓기도 합니다. 다른 수명이 짧은 쿼크들을 찾아 상호작용하고 새로운 쿼크 쌍과 글루온을 만듭니다. 물질과 에너지가 이론적으로만 같은 것이 아니라 온도가 너무 높아 사실상 같은 것이었습니다.

이쯤에서 물질이 반물질을 이겼고 현재 우리 주변에는 거의 물질 밖에 없고 반물질은 거의 없습니다. 어째선지 10억 개의 반물질 당 10억 1개의 물질이 만들어졌던 것이죠. 하나의 궁극적인 힘 대신 이제는 몇 가지의 정제된 힘이 서로 다른 규칙으로 작용합니다. 이제 우주의 직경은 10억 km까지 늘어났고 이에 따라 온도가 내려갑니다.

쿼크가 생성되고 에너지로 돌아가는 과정이 갑자기 멈추게 됩니다. 이제는 이미 만들어진 물질만 고려하면 됩니다. 쿼크가 새로운 입자를 형성하기 시작합니다. 양성자나 중성자같은 하드론 말이죠. 다양한 종류의 하드론을 형성 할 수 있는 다양한 쿼크의 조합이 있습니다. 다만 그 중에 극히 일부만이 긴 시간 동안 안정합니다.

잠깐 이제야 모든 것의 시작으로부터 1초밖에 지나지 않았다는 것을 음미합시다. 1000억 km 크기로 자란 우주는 이제 중성자 대부분이 양성자로 붕괴할 정도로 식어 최초의 원자 수소가 형성됩니다. 이 때의 우주는 100억도에 이르는 수 없이 많은 입자와 에너지로 가득 찬 초고온의 스프로 상상하면 됩니다. 수 분에 걸쳐 온도가 내려가며 모든 것이 빠르게 안정됩니다. 하드론과 전자가 원자로 합쳐져 안정적이고 전기적으로 중성인 환경을 이룹니다. 이 때를 암흑기라 부르기도 하는데 왜냐면 별이 없었고 수소 가스는 가시광선을 통과 시키지 않았으니까요.

그런데 가시광선이 무슨 의미가 있을까요? 눈을 가질 수 있는 생명체가 하나도 없으니 말이죠. 수백만 년 후 수소 가스가 서로 뭉쳐 중력에 의해 높은 압력을 받게 되면 별과 은하가 형성되기 시작합니다. 이 별과 은하에서 나온 복사가 안정적인 수소 가스를 현재까지 전우주에 퍼져있는 플라즈마로 만들었습니다.

드디어 빛이 생겼습니다.
좋습니다. 하지만 우리가 말하지 않은 부분은 어떤가요? 시작에는 어떤 일이 있었을까요? 이 부분을 빅뱅이라 할 수 있을텐데. 우리는 아직 무슨 일이 있었는지 모릅니다. 여기서는 우리가 가진 도구가 망가지죠. 자연 법칙이 말이 안되기 시작하죠. 시간 자체가 불안정합니다. 여기서 무슨 일이 있었는지 알려면 아인슈타인의 상대성이론과 양자역학을 통합한 이론이 필요합니다.

수 많은 과학자가 현재 알아내려 일하는 중이죠. 따라서 많은 질문들이 남습니다. 우리 우주 전에 우주가 있었는가? 이 우주가 처음이자 하나뿐인 우주인가? 무엇인가가 빅뱅을 유발시켰는가? 아니면 우리가 알지 못하는 법칙에 의해 자연히 일어났는가?

우리는 알지 못하고 어쩌면 영원히 그럴지도 모릅니다. 그러나 알고 있는 것은 우리 우주는 빅뱅에서 시작했고 입자와 은하와 별들 지구 그리고 당신을 만들었다는 것이죠! 우리는 죽은 별에서 만들어졌으니 우리는 우주에서 분리된 존재가 아닙니다. 우리는 우주의 일부인 것이죠. 우리는 우주가 스스로를 경험하는 방편이라고까지 할 수 있겠죠.

그러니 물을 질문이 없어질 때까지 열심히 경험합시다.